电动汽车无线充电关键功能测试方法及系统

技术领域

本发明涉及一种电动汽车无线充电关键功能测试方法及系统，属于电动汽车无线充电技术领域。

背景技术

无线充电技术作为新型充电技术，具有无接触摩擦，环境适应性高，与无人驾驶和自动泊车技术匹配性好，用户使用便捷等特点，成为电动汽车充电领域新的发展方向。

无线电能传输目前应用最广泛的技术为磁耦合式传输技术，经过多年的理论研究与实验验证，基于磁耦合谐振方式的无线充电系统拓扑结构、谐振补偿网络及控制策略等相关理论已经相对深入，典型的电动汽车无线充电系统包括电力电子变换器、谐振网络、发射线圈、接收线圈、整流滤波和电池负载等部分。这种技术路线下电动汽车无线充电系统依靠高频的电磁场来传输能量，而这种能量传输方式存在金属异物介入系统传能区域导致的温升及燃火的安全性隐患，因此异物检测作为无线充电的关键辅助功能对无线充电安全至关重要。

目前国内外很多厂家都已经在无线充电系统中加入了异物检测功能，但是由于各个厂家在磁耦合机构的金属异物检测的原理结构不统一，导致异物检测功能的检测水平参差不齐，难以保证高效、可靠的异物检测效果。因此在无线充电系统正式投入使用前，对无线充电系统的异物检测功能进行测试，确保异物检测性能，对电动汽车无线充电产业的发展具有重要意义。

发明内容

为了解决现有技术中无线充电系统的异物检测效果参差不齐、不稳定的问题，本发明提出了一种电动汽车无线充电关键功能测试方法及系统，通过对无线充电系统的研究，分区域的对无线充电系统进行异物检测功能测试，通过预设要求生成测试结果，了解无线充电系统的关键功能（异物检测）的效果，促进电动汽车无线充电行业的安全、有序发展。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术手段：

第一方面，本发明提出了一种基于电磁参数的电动汽车无线充电关键功能测试方法，包括如下步骤：

步骤1、基于电磁参数进行无线充电系统异物检测平台的区域划分，获得网格区域划分结果；

步骤2、根据网格区域划分结果，生成异物测试任务；

步骤3、根据异物测试任务进行无线充电系统的异物检测功能测试，生成测试结果。

结合第一方面，进一步的，所述步骤1具体包括如下步骤：

步骤101、基于电磁参数，利用仿真软件构建无线充电系统磁耦合机构仿真模型，获得无线充电系统异物检测平台的磁感应强度分布情况，所述无线充电系统异物检测平台为磁耦合机构发射端所在平面；

步骤102、定义磁场强度与RGB颜色的映射关系，根据磁感应强度分布情况获取磁场RGB图像；

步骤103、基于磁场RGB图像的颜色直方图进行图像特征提取，获得简化RGB图像；

步骤104、根据特定颜色像素点的占比对简化RGB图像进行区域划分，获得网格区域划分结果。

结合第一方面，进一步的，所述步骤103的具体操作为：

基于磁场RGB图像获取颜色直方图，根据颜色直方图获得RGB颜色区间；

将RGB颜色区间划分为n个RGB区间段，依次获得每个RGB区间段内的所有像素点，并为同一个RGB区间段的所有像素点赋予同一个RGB颜色值，获得简化RGB图像。

结合第一方面，进一步的，所述步骤104的具体操作为：

（1）设置特定颜色值和比例门槛；

（2）根据特定颜色值，计算简化RGB图像中RGB颜色值等于特定颜色值的像素点占总像素点的比例，获得简化RGB图像的特定颜色比例；

（3）当简化RGB图像的特定颜色比例大于比例门槛，对简化RGB图像进行区域划分，获得多个网格区域；

（4）根据特定颜色值，分别计算每个网格区域中RGB颜色值等于特定颜色值的像素点占总像素点的比例，获得每个网格区域的特定颜色比例；

（5）当网格区域的特定颜色比例大于比例门槛，将该网格区域加入待细化网格区域集合；

（6）对待细化网格区域集合内的每个网格区域进行进一步的区域划分，更新网格区域；

（7）重复步骤（4）~（6），直到待细化网格区域集合为空集，获得最终的网格区域划分结果。

结合第一方面，进一步的，所述步骤2的具体操作如下：

以无线充电系统异物检测平台的中心位置为坐标原点建立平台坐标系，根据网格区域划分结果为所有网格区域进行编号，并为每个网格区域自动生成至少3组异物测试任务，所述异物检测任务包括网格区域编号、异物类型、异物坐标。

结合第一方面，进一步的，步骤3的具体操作如下：

步骤301、任选一个网格区域

步骤302、选取网格区域

步骤303、利用热成像仪实时监测无线充电系统中磁耦合机构的温度和待测异物外壳的温度，令监测温度满足测试环境温度要求；

步骤304、不上电异物检测功能测试：在不进行无线充电的状态下启动无线充电系统的异物检测功能，判断异物报警响应是否满足第一测试要求；

步骤305、上电异物检测功能测试：同时启动无线充电系统和异物检测功能，判断异物报警响应是否满足第二测试要求；

步骤306、当步骤304和305中的异物报警响应分别满足第一测试要求和第二测试要求时，判断异物测试任务

步骤307、重复步骤302~306，直到完成网格区域

步骤308、重复步骤301~307，直到完成所有网格区域的所有异物测试任务，获得所有异物测试任务对应的异物报警响应和监测温度情况，生成测试结果。

结合第一方面，进一步的，所述第一测试要求为：无线充电系统启动报警功能且启动时间在预设时间范围内，所述预设时间范围为2s。

结合第一方面，进一步的，所述第二测试要求包括两个条件，满足其中任意一个条件，则表示测试通过，其中，一个条件为：待测异物外壳温度达到热平衡状态，且待测异物外壳温度不超过温升限值，同时启动报警功能；另一个条件为：待测异物外壳温度没有达到热平衡状态，在待测异物外壳温度超过温升限值前无线充电系统自动降功率运行或自动关机。

第二方面，本发明提出了一种电动汽车无线充电关键功能测试系统，包括：

网格区域划分模块，用于基于电磁参数进行无线充电系统异物检测平台的区域划分，获得网格区域划分结果；

测试任务生成模块，用于根据网格区域划分结果，生成异物测试任务；

异物检测功能测试模块，用于根据异物测试任务进行无线充电系统的异物检测功能测试，生成测试结果。

结合第二方面，进一步的，所述系统还包括机械臂控制模块、磁场仿真模块、热成像仿真模块，其中，所述机械臂控制模块用于根据指令控制机械臂，将待测异物放置到异物测试任务中的异物坐标处；所述磁场仿真模块，用于实时测量无线充电系统异物检测平台的磁通密度，生成磁场仿真模型；所述热成像仿真模块用于利用热成像仪实时测量无线充电系统中磁耦合机构的温度和待测异物外壳的温度，生成热成像仿真模型。

采用以上技术手段后可以获得以下优势：

本发明提出了一种电动汽车无线充电关键功能测试方法及系统，通过分析无线充电系统中异物检测平台的磁场分布情况，对异物检测平台进行网格区域划分，磁场强度越高，网格区域越密集，并根据网格区域划分结果逐网格的进行异物检测功能测试，相比于不进行区域划分或者直接等分，本发明的网格区域划分方法可以根据磁场分布情况生成网格区域，网格区域划分的更准确，可以有效提高后续测试的针对性、准确性和可靠性。

此外，本发明分别进行了上电和不上电测试，充分考虑无线充电系统的实际工作情况，确保测试的全面性。在测试过程中，通过热成像仪监测温度变化，确保每次开始测试前，温度满足要求，避免初始温度对测试结果的影响，进一步提高测试的准确性。

本发明在无线充电系统投入使用前，有规律的、全面的对无线充电系统的关键功能进行测试，生成准确、可靠的测试结果，帮助了解无线充电系统的异物检测效果，能够促进电动汽车无线充电行业的安全、有序发展。

附图说明

图1为本发明一种基于电磁参数的电动汽车无线充电关键功能测试方法的步骤流程图。

图2为本发明实施例中网格区域划分结果的示意图。

图3为本发明一种电动汽车无线充电关键功能测试系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明：

本发明提出了一种基于电磁参数的电动汽车无线充电关键功能测试方法，如图1所示，具体包括如下步骤：

步骤1、基于电磁参数进行无线充电系统异物检测平台的区域划分，获得网格区域划分结果。步骤1的具体操作如下：

步骤101、根据现有无线充电系统的结构，确定无线充电系统中的磁耦合机构发射端所在平面为无线充电系统异物检测平台。基于电磁参数，利用仿真软件构建无线充电系统磁耦合机构仿真模型，仿真模型体现了电磁参数与磁感应强度分布情况的映射关系，根据仿真模型和待测无线充电系统的磁耦合机构电磁参数数值获得无线充电系统异物检测平台的磁感应强度分布情况。其中，电磁参数包括双侧线圈规格尺寸、系统耦合系数、传输距离、传输频率等参数，仿真软件可以采用ANSYS MAXWELL、Pspice或MATLAB等软件。

步骤102、定义磁场强度与RGB颜色的映射关系，可以采用现有的磁场成像技术也可以人为定义映射关系，根据磁感应强度分布情况获取磁场RGB图像。

步骤103、基于磁场RGB图像的颜色直方图进行图像特征提取，获得简化RGB图像。步骤102中的磁场RGB图像中的颜色是按照色谱分布的，较为细致，直接在磁场RGB图像上进行网格区域划分的话，计算量较大，为了简化运算，本发明先对磁场RGB图像进行简化处理，将相似颜色统一成一个RGB颜色值。

具体的，步骤103的操作如下：

基于磁场RGB图像获取颜色直方图，根据颜色直方图获得RGB颜色区间，RGB颜色区间包含了磁场RGB图像中的所有RGB颜色值以及每个RGB颜色值对应的所有像素点。

根据RGB颜色表，获取相似颜色的RGB颜色值，然后根据相似颜色的RGB颜色值将RGB颜色区间划分为n个RGB区间段，依次获得每个RGB区间段内的所有像素点，并为同一个RGB区间段的所有像素点赋予同一个RGB颜色值，获得简化RGB图像。以红色系为例，在RGB颜色表中，深红（255,0,255）、红色（255,0,0）、粉红（255,192,203）等都可以算作相似颜色，将这些相似颜色的RGB颜色值组成一个红色系的RGB颜色集合，在磁场RGB图像的RGB颜色区间中找到对应的RGB区间段，然后为该区间段的所有像素点都赋予红色（255,0,0）的RGB颜色值，将这些相似颜色的像素点统一成红色。

步骤104、根据特定颜色像素点的占比对简化RGB图像进行区域划分，获得网格区域划分结果；具体操作为：

（1）设置特定颜色值和比例门槛，在本发明中磁场强度越高，红色越多，因此，本发明中的特定颜色值为红色（255,0,0）。

（2）根据特定颜色值，计算简化RGB图像中RGB颜色值等于特定颜色值的像素点占总像素点的比例，获得简化RGB图像的特定颜色比例。

（3）当简化RGB图像的特定颜色比例大于比例门槛，对简化RGB图像进行区域划分，获得多个网格区域，本发明的区域划分为经过图像中点进行对半等分或经过图像中点画十字进行四等分。

（4）根据特定颜色值，分别计算（3）中获得的每个网格区域中RGB颜色值等于特定颜色值的像素点占该网格区域的总像素点的比例，获得每个网格区域的特定颜色比例。

（5）当网格区域的特定颜色比例大于比例门槛，将该网格区域加入待细化网格区域集合。

（6）对待细化网格区域集合内的每个网格区域进行进一步的区域划分，一般为对该网格区域进行二等分或四等分，更新网格区域。

（7）针对更新的网格区域，重复步骤（4）~（6），直到待细化网格区域集合为空集，即当前所有网格区域的特定颜色比例都不大于比例门槛，获得最终的网格区域划分结果。

通过本发明方法进行无线充电系统异物检测平台的区域划分，磁场强度越高，红色像素点越多，划分的网格区域越小，网格区域越密集，实现了网格区域密度随磁场强度递增的效果，本发明实施例中某无线充电系统的网格区域划分结果如图2所示，可以看出，异物检测平台随磁场强弱变化被分割成了多个面积不同的矩形方格，本发明网格区域划分方法简单快捷，能有效提高测试效率和测试精度。

步骤2、根据网格区域划分结果，生成异物测试任务，具体的：

以无线充电系统异物检测平台的中心位置为坐标原点沿网格区域划分线建立平台坐标系，根据网格区域划分结果为所有网格区域进行编号，并为每个网格区域自动生成至少3组异物测试任务，异物检测任务包括网格区域编号、异物类型、异物坐标等信息。

无线充电异物检测主要是对金属物的检测，因为金属物在磁场内容易发生危险温升，对系统造成物理损伤和对人造成的触碰损伤，金属标准测试块通常分为铁、非铁（一般是铜）和不锈钢（SS或SUS），结合已有的国内外标准，本发明中的异物类型和异物尺寸如下：回形针（29mm）、硬币（一元）、螺丝钉（M5）、易拉罐（330ml）、铝片（50mm*75mm*1mm）、钢片（50mm*75mm*1mm）、钢丝球（标准钢丝球）、铝箔纸（食物包装和香烟包装的锡箔纸规格：25mm*25mm或300mm*300mm）、延长线缆（30米长，16号线缆绕成25圈以上）。

一般情况下，同一个网格区域的每个异物测试任务中的异物类型不同，异物坐标也不同。

步骤3、根据异物测试任务进行无线充电系统的异物检测功能测试，生成测试结果。

结合电动汽车无线充电现有国内外标准，磁耦合机构在异物检测功能测试中应满足以下频率、效率和容偏性条件：电动汽车无线充电系统的额定工作频率为 85kHz，实际功率频率变化范围为81.38kHz-90kHz，在额定工作点上，系统效率应不低于85%；系统以额定功率输出时，在垂直方向和水平方向所有允许偏移条件下，系统效率应不低于80%其中偏移条件应该满足：垂直方向和水平方向偏移量X方向最大不超过75mm、Y方向最大不超过100mm。

设无线充电系统异物检测平台中共有

步骤301、任选一个网格区域

步骤302、选取网格区域

步骤303、利用热成像仪实时监测无线充电系统中磁耦合机构的温度和待测异物外壳的温度，令监测温度满足测试环境温度要求。测试环境温度要求应满足《GB∕T38775.3-2020 电动汽车无线充电系统第3部分:特殊要求》中对一般实验室环境或者户外的环境的规定，具体为：环境温度应满足：-30℃～+40℃；相对湿度应满足：5％～95％；大气压力应满足：86kPa～106kPa；磁场背景底噪要求在 1uT 以内；此外，测试前原边设备下方地面内应不存在金属。

只有在监测温度满足测试环境温度要求的前提下，才会进行后续操作，此外，在正式开始测试前，电动汽车无线充电系统及其异物检测功能/装置应处于待机状态。

步骤304、不上电异物检测功能测试：在不进行无线充电的状态下启动无线充电系统的异物检测功能，判断异物报警响应是否满足第一测试要求，第一测试要求为：无线充电系统启动报警功能且启动时间在2s内。

步骤305、上电异物检测功能测试：同时启动无线充电系统和异物检测功能，判断异物报警响应是否满足第二测试要求，第二测试要求包括两个条件，满足其中任意一个条件，则表示测试通过，其中，一个条件为：待测异物外壳温度达到热平衡状态，且待测异物外壳温度不超过温升限值，同时启动报警功能；另一个条件为：待测异物外壳温度没有达到热平衡状态，在待测异物外壳温度超过温升限值前无线充电系统自动降功率运行或自动关机。

由于步骤304中无线充电系统没有启动，因此只需要判断其是否进行报警以及报警响应时间，而步骤305中无线充电系统已经启动，为了避免待测异物温升导致的安全风险，无线充电系统不仅要进行报警还应该进行降功率运行或关机操作。

步骤306、当步骤304和305中的异物报警响应分别满足第一测试要求和第二测试要求时，判断异物测试任务

步骤307、重复步骤302~306，直到完成网格区域

步骤308、重复步骤301~307，直到完成所有网格区域的所有异物测试任务，获得所有异物测试任务对应的异物报警响应和监测温度情况，记录下每个网格区域的每个异物测试任务是否通过、每次异物检测功能进行报警的响应时间、进行降功率或关机的响应时间、待测异物外壳、距离待测异物20cm、40cm、60cm处的温度等，生成测试结果。

在本发明中只有当所有网格区域的所有异物测试任务都通过是，才认为该无线充电系统的异物检测功能达标，不达标的情况下，需要对不达标区域进行检查。

本发明还提出了一种电动汽车无线充电关键功能测试系统，如图3所示，系统可以分为硬件部分和软件部分，硬件部分包括异物装载模块、程控机械臂、热成像仪、三轴磁场分析仪等；软件部分采用B/S 和 C/S 混合的技术架构，包括网格区域划分模块、测试任务生成模块、异物检测功能测试模块、机械臂控制模块、磁场仿真模块、热成像仿真模块、仪器设备管理模块、测试结果分析模块等。

异物装载模块用于存放本发明需要用到的待测异物，程控机械臂用于根据程序命令自动抓取、放置异物装载模块中的待测异物，热成像仪用于监测测试区域和待测异物的温度，三轴磁场分析仪用于测量测试区域的磁通密度。

网格区域划分模块主要用于基于电磁参数进行无线充电系统异物检测平台的区域划分，获得网格区域划分结果。

测试任务生成模块用于根据网格区域划分结果，建立平台坐标系，生成异物测试任务。

机械臂控制模块用于根据异物测试任务生成程控指令，进而控制机械臂将待测异物放置到异物测试任务中的异物坐标处，抓取异物精度为1mm，异物放置精度为1mm。

异物检测功能测试模块用于根据异物测试任务，逐网格区块、逐异物测试任务的进行无线充电系统的异物检测功能测试，记录下每个网格区域的每个异物测试任务是否通过、每次异物检测功能进行报警的响应时间、进行降功率或关机的响应时间、待测异物外壳、距离待测异物20cm、40cm、60cm处的温度等信息，生成测试结果。

磁场仿真模块用于实时测量无线充电系统异物检测平台的磁通密度，利用仿真软件生成磁场仿真模型，以便工作人员掌握无线充电系统的磁场分布情况。

热成像仿真模块用于利用热成像仪实时测量无线充电系统中磁耦合机构的温度和待测异物外壳的温度，利用仿真软件生成热成像仿真模型，以便工作人员实时掌握无线充电系统的温度情况，在必要的时候手动关闭无线充电系统。

仪器设备管理模块用于在软件层面统一系统内各个仪器设备的API接口，实现驱动函数转换，设备固态添加。

测试结果分析模块用于根据异物检测功能测试模块的测试结果绘制三维和二维数据图形，直观统计分析测试结果，并对测试数据进行输出、展示，生成测试报告。

本发明针对现有技术中无线充电系统异物检测效果不稳定的问题，通过在无线充电系统投入使用前，在特定测试环境下对无线充电系统异物检测功能的测试，评判无线充电系统的异物检测效果，确保无线充电系统异物检测功能达标，提高无线充电系统的安全性、可靠性。本发明通过网格区域划分、异物检测任务生成、上电和不上电测试等操作，有效的提高了异物检测功能测试的针对性、准确性和可靠性，帮助了解无线充电系统的异物检测效果，能够促进电动汽车无线充电行业的安全、有序发展。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。